CN1747811A - 用于校准磨床的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于校准磨床的方法，用于通过磨削棒状刀具(10)的至少两个侧面(5、6)和一个顶面(K)而对棒状刀具(10)进行刃磨，包括以下步骤：通过与预定几何形状相应地刃磨棒状刀具(10)而制造校准刀具(11)，测量该校准刀具(11)的几何形状，并借助至少该测量结果校准磨床，其中，为制造校准刀具，棒状刀具(10)在至少两个步骤中在侧面(5、6)和顶面(K)上以完全的校准磨削进行磨削。该方面提供的优点是，校准刀具(11)在与生产刀具相同的条件下进行磨削，从而考虑到过程产生的影响，特别是与磨削力相关的偏移。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于校准磨床的方法，用于通过磨削棒状刀具的至少两个侧面和一个顶面而刃磨棒状刀具，包括以下步骤：
-通过与预先规定的几何形状相应地刃磨棒状刀具而制造校准刀具，
-测量校准刀具的几何形状，以及
-借助该测量结果校准磨床。
背景技术
这种校准方法在BEDIENUNGSANLEITUNG OERLIKON B24MESSERSCHLEIFMASCHINE(OERLIKON B24工具磨床操作说明，出版日期1999年9月3日，Oerlikon Geartec AG，苏黎士)中有所公开，该公司向VW Kassel提供编号为289839的机床。该操作说明(下面简称为BA)的内容和特别是下面引用的同一操作说明的部分特此全部内容纳入本说明书内。
开头所述的校准方法为具有5+1NC-轴的磨床而开发，正如在BA第9页以及出于简单参考的原因在附图1中所示那样。利用这种磨床将像附图2和3中所示的棒状刀具10这种切削工具利用砂轮12刃磨。磨床具有一个工作台17，滑座18在上面沿X轴往复运动。立柱19沿Z轴与X轴成直角往复运动。立柱19上还有一个滑座20沿Y轴与X轴和Z轴成直角往复运动。X轴、Y轴和Z轴形成一个直角坐标系。滑座20上可旋转固定一个砂轮12。滑座18上安装一个用于夹紧刀具10的夹紧装置21。夹紧装置21相对于滑座18通过定位轴C-C和一个在定位轴C-C上直立的定位轴A-A支承。X轴、Y轴、Z轴、定位轴A-A和定位轴C-C不仅可以定位，而且还可以移动CNC控制的轨迹曲线。
根据附图2，棒状刀具10具有一个横截面上长方形的刀体2和一个纵截面上基本上梯形的末端3。在末端3上构成一个切削面C，在图2的左侧面5上构成一个从切削面C向后延伸的副自由面B，在图2右侧面6上构成一个从切削面C向后延伸的主自由面A，并在端面上构成一个从切削面C向后延伸的顶面K。在副自由面B、顶面K、主自由面A和切削面C之间构成一个循环的切削刃4。在从主自由面A和副自由面B向刀体2的过渡上，如这里所示可以构成凸肩面AS或BS。在切削面C向刀体2的过渡区内，如这里所示同样可以是一个弯曲的凸肩面CS。主自由面A、副自由面B和切削面C各自具有一个棱角AF、BF或CF。棱角约为1°，在附图3中采用YAF、YBF或YCF标注(其中YBF在图3中看不到)。
图4示出砂轮12，利用其可以磨削棒状刀具10。砂轮12具有一个旋转轴S，砂轮与该轴旋转对称构成。砂轮12在端面上具有一个与旋转轴S成直角的环形紧固面13。从紧固面13的外圆周出发，锥形的磨削面PP以小直径d1和大直径d2延伸，其中，小直径d1处于紧固面13上。在带有紧固面13大直径d2的面PP上切向连接一个具有半径RS的弯曲磨削面14，它再次过渡成圆柱体的磨削面PS。在圆柱体的磨削面PS上切向连接一个环状的磨削面G，它具有带圆周半径Rg的圆弧形横截面。环状磨削面G径向向内延伸，并在切向上过渡成向环状磨削面G侧凹的第二锥形面15。砂轮12为一个金刚石圆盘，带有由金刚石组成磨粒的电镀粘和料。砂轮12(相对于其精磨边)在Y和Z轴方向上的位置在图4中采用pY和pZ表示。
附图5和6以前视图或俯视图示出夹紧装置21。夹紧装置21可环绕定位轴C-C转动并可环绕定位轴A-A摆动。左侧的棒状刀具10或者右侧的棒状刀具如图所示可在夹紧装置21内夹紧。夹紧装置21具有两个用于左侧或右侧棒状刀具的接触面23、24。
为将棒状刀具在磨床上刃磨，采用生产磨削和双重磨削法。所介绍的砂轮12也可以对棒状刀具10的面进行成形磨削(粗磨)和随后的生产磨削(精磨)，而无需对其更换夹具。在此方面，砂轮12依据目的环绕固定的旋转轴S旋转，而所要刃磨的棒状刀具在调整到相应角度下沿砂轮12引导。棒状刀具的双重磨削法和用于实施该方法的砂轮在WO 02/058888 A1中有所介绍，为避免重复特此提到该文献。
DE 29 46 648 C2公开了一种用于棒状刀具成形和刃磨的方法，其中，为完全磨削仅需要一道工序。
开头所称校准方法的目的在于，通过加工和安装精度测定在更换夹紧装置21或者砂轮12后出现的偏差，并在棒状刀具的刃磨时通过校准既考虑到磨床以计算为依据的额定数据，也考虑到磨床的实际状态。建议在砂轮的较长使用后也进行校准，以便补偿(由于增加的磨削力)磨损造成的偏移。
在此方面磨削轨迹的计算具有重要意义：
-两个接触面23、24与夹紧装置21定位轴C-C的距离(图5和6)：
-左侧刀具的挡块 (aL)
-右侧刀具的挡块 (aR)
-砂轮12(精磨边)在两个轴向上的位置(图4)：
-Y轴 (pY)
-Z轴 (pZ)
-附加：(双重)砂轮的尺寸(图4)：
-精磨边的圆周半径 (Rg)
-粗磨面的距离 (Ps)
公知的校准方法在BA第97-108页进行了详细介绍，为避免重复特此指出。
在这种公知的校准方法中，制造一种带有在磨床的三个面上固定几何形状的校准样板并随同磨床提供。三个面为主自由面A、副自由面B和顶面K。校准刀具分三个步骤或者磨削阶段在磨床上磨削，利用校准样板确定。
第一磨削阶段
刀具借助块规夹紧在夹紧装置21上。然后测量在磨床上的夹紧高度(BA，第100页第6款)。
磨削顶面K并在刀具在磨床上夹紧的状态下测量(第103页)。
将测量值输入控制装置。该测量值影响在Y轴上的校(BA，第104页第11款)。
第二磨削阶段
在水平位置上磨削棒状刀具10(BA，第104页第14款)。重新测量磨床上的刀具高度(BA，第105页第17款)。再次将测量值输入控制装置(BA，第105页第19款)。
第三磨削阶段
磨床磨削主自由面A或者侧面6和副自由面B或者侧面5(BA，第106页第21款)。
随后在磨床外面测量两个自由面A和B(BA，第106页第1款)，并与校准样板(一个所谓的标准检验刀具)比较。将测量值，也就是偏差再次输入控制装置。因此对磨床进行校准和调整。
该方法费时。磨床上的测量困难并需要培训。在两个步骤第一步骤(第一和第二磨削阶段)中砂轮在顶面上摆动，它是一个磨削过程，该过程在生产过程中，也就是在磨床上刃磨棒状刀具时不出现。此外，这种公知的方法需要三个步骤或者磨削阶段，即第一和第二磨削阶段，在这两个阶段两次磨削顶面，以便能够测定一个误差的Y和Z分量，还有一个第三磨削阶段，在该阶段一次磨削两个侧面，以便能够测定夹紧装置与C-C轴的位置。刀具在两个阶段的第一阶段为进行测量不能从磨床上取下，因为在该阶段相对于磨床进行测量。在这种公知的校准方法中，因此只有在第三磨削阶段才能测定夹紧装置的误差。也就是说，事后可以证明第一和第二磨削阶段是多余的，因为其结果由于暂时未知存在的夹紧装置误差根本不能使用。最后，这种用于双重方法的迄今为止的校准方法要么不精确要么需要附加的机床装置。
发明内容
本发明的目的在于，这样构成一种开头所称类型的方法，使其可以简单实施并提供更佳的结果。
该目的依据本发明在开头所称类型的方法中由此得以实现，即为制造一种校准刀具，将棒状刀具至少两次在侧面和顶面上完全磨削，并在磨床外部的一个测量装置上对校准刀具的几何形状进行测量。
依据本发明用于校准磨床的方法通过校准刀具实施，该方法与公知方法的不同之处在于，在规定的位置上进行磨削和随后在磨床的外部进行测量。将额定尺寸的测量偏差输入磨床的NC控制装置并在那里以适当方式予以考虑。在磨削生产刀具时，虽然也测量该刀具，而且是在磨床的外部，但是仅对轴设置(通过刀具的移动)进行校正。磨床本身可以通过这种单独校正而不用校准。
依据本发明制造的校准刀具与公知方法中同样由一个长方形的棒组成，在棒上面磨削一个顶面K和两个侧面A、B。它们与前棒面形成刀刃，顶边的截点与侧面形成刀尖。用于制造生产刀具的正常磨削过程包括对棒状刀具的侧面和顶面上一次完全磨削。为制造校准刀具，依据本发明至少两次对棒状刀具完全磨削，并在这两个校准磨削的每次之后在磨床外部进行测量。也像在公知的方法中那样将偏差输入磨床控制装置。在依据本发明的方法中，校准刀具的磨削过程与生产刀具中的过程相同。因此磨床上的技术特性进入磨削结果。这一点是依据本发明据校准方法与公知校准方法相比的主要优点。依据本发明，校准在几何形状的精确设置上仿效生产过程。测量方法与生产上所利用的方法也一致。但在依据本发明的方法中，在第一磨削阶段就已经测定可能存在的夹紧装置误差，而与此相反在公知的方法中只有在第三磨削阶段才测定。依据本发明方法的其他主要优点在于，根本不在磨床上进行测量，而且依据本发明的方法总计仅包括两个校准磨削，与包括三个校准磨削的公知方法相反。因为在依据本发明的方法中，校准刀具几何形状的测量在磨床外部的一个测量装置上进行，所以测量过程更容易与棒状刀具的生产过程相适应，在该过程中也在磨床外部的一个测量装置进行测量。
依据本发明方法具有优点的构成为从属权利要求的主题。
在依据本发明的方法的一种构成中，如果每个校准磨削包括两道精磨工序，那么校准刀具在两个完全校准磨削后完成磨削。
在依据本发明的另一种构成中，如果在两个校准磨削时棒状刀具在两个轴向方向上定向，这两个方向相互形成一个70°-90°和最好90°的角度，以便与这两个轴向相关测定磨床砂轮工作面的位置和棒状刀具到定位轴的定向，那么可以按照简单方式以两个步骤消除三个误差。
在依据本发明的另一种构成中，如果在不间断的第一道精磨工序中，磨削顶面、到第一侧面的第一过渡半径和第一侧面，然后将棒状刀具以180°环绕定位轴转动，接着在第二道精磨工序中磨削顶面、到第二侧面的第二过渡半径和第二侧面，在每个校准磨削中磨削每个侧面时，棒状刀具具有优点地得到在磨床上的另一种设置，从而可以根据校准值得出测量值的确切结论，而且为校准形成校准刀具的一种对称的几何形状。因为从第一到第二校准磨削可以在右侧和左侧挡块之间进行更换，所以可以在两个步骤上消除总计四个误差。
在依据本发明的方法的另一种构成中，如果为进行第一校准磨削而将棒状刀具向砂轮的端面设置，那么可以按照简单的方式这样测定Y轴方向上的误差：在该构成中将刀具端面向着砂轮这样设置，使A-A轴尽可能与Y轴平行，并使夹紧装置的接触面与X轴准确平行。在第一道精磨工序中，这样不间断地磨削顶面、过渡半径和第一侧面。如果为进行第二道精磨工序而将刀具利用夹紧装置环绕C-C轴旋转180°并重复相同的磨削过程，那么现在磨削顶面、过渡半径和第二侧面。
砂轮在此方面沿边缘直线这样引导，使顶面垂直，两个侧面相反处于与C-C轴的一个预先规定的角度(最好20°)下，而刀尖保持在与接触面所要检验的距离(mA和mB)上。
在依据本发明的另一种构成中，如果为进行第二校准磨削将棒状刀具以90°回转并向砂轮的圆柱体面设置，方法是装置以90°环绕A-A轴回转，那么C-C轴现在与Z轴平行，可以测定Z轴方向上的一个误差，方法是此外与第一校准磨削时完全一样移动。
在依据本发明的另一种构成中，如果为测定磨床砂轮的圆周半径，将棒状刀具的定位轴以侧面角倾斜，并将棒状刀具在第三校准磨削中分别在侧面和顶面上完全磨削，那么测量偏差形成一个第三圆点，从该圆点中通过程序可以计算出圆周半径Rg的偏差。
在依据本发明的另一种构成中，如果为通过另一步骤校准磨床，棒状刀具的两个侧面之一仅利用测定其位置的砂轮的粗磨面磨削，通过另一步骤可以测定与粗磨面Ps的距离，方法是第二侧面仅粗磨，而无棱角。第一侧面在此方面用于控制。计值也通过程序进行。
在依据本发明的方法的另一种构成中，如果为测量校准刀具的几何形状使用一个绝对测量的测量装置，那么测量可以脉冲或者光学进行，以便在每次磨削后测量侧面的偏差或者刀尖距离(fmA和fmB)。计值也可以通过磨床计算机上的程序进行。
在依据本发明的方法的另一种构成中，如果为测量校准刀具的几何形状使用一个比较测量的测量装置，该装置将所测量的校准刀具的几何形状与校准样板的尺寸进行比较，那么可以加快该方法的速度，因为比较测量大多比绝对测量更快也更准确，当然需要事先通过绝对测量准确测量的校准样板。
在依据本发明的另一种构成中，如果在棒状刀具分别完全校准磨削的步骤中，在棒状刀具在磨床上刃磨的相同条件下进行磨削，那么校准刀具可以利用与生产刀具相同的方法磨削，从而也可以考虑过程造成的影响，特别是与磨削力相关的偏移。通过在三个轴(Y、Z、C)上的校准，不仅侧面的位置和对称性，而且还有磨削量均可以与刀具配合。由此刀具对C-C轴的方向变化并不敏感。因此还避免了刀尖半径上(通过顶边偏移)的形状误差和棱角量上的区别。
附图说明
下面借助其他附图对本发明的实施例进行详细说明。其中：
图1示出用于刃磨棒状刀具的公知磨床的透视图，该磨床通过依据本发明的方法可以校准；
图2示出一棒状刀具的透视局部图，它可借助于图1的磨床进行刃磨；
图3示出图2棒状刀具顶面末端的局部横截面图，用于说明刀刃区域内棱角和自由角；
图4示出图1磨床砂轮的剖面图；
图5示出夹紧装置连同夹紧棒状刀具的前试图；
图6以俯视图示出图5的夹紧装置；
图7示出砂轮定位误差对生产刀具的影响；
图8示出定位误差在刀体方向上的影响；
图9示出在磨削棒状刀具(左侧刀具)的主自由面A和副自由面B时接触面偏差的影响；
图10示出第一校准磨削，端面，用于补偿测量偏差fm＝fpZ；以及
图11示出第二校准研磨，圆柱体面，用于在补偿依据图10的偏差fpZ后补偿测量偏差fm＝fpY。
具体实施方式
在如附图7所示产生的方法中磨削时，砂轮的定位偏差(fpY，fpZ)和夹紧装置上的接触偏差(fa＝faL或者faR)既影响侧面量(fb)，也影响顶部上的量(fh)(并且两个顶边会偏移)。在比较测量时，校准刀具在测量装置上从额定位置出发向挡块(以fh)移动，从而所测量的厚度偏差(fm)作为所有误差的叠加产生。该测量值迄今为止用于校正刀具。
公知校准方法的原理：
这种校准方法的基本思路是，将总误差分成单个分量并单独补偿。这一点现在借助附图7-9进行详细说明。
如果从砂轮12的定位偏差(图7矢量fp)仅观察到C-C轴方向上的分量(图7的fpC，类似于图8的fpY)，使其顶端和侧面以相同的量(fh＝fpY)偏移磨削。在刀具的刀体方向上所见，因此仅磨削高度变化，而磨削完毕的刀具的几何形状保持不变。这种效应用于对单个误差进行如下分析：
在Y轴定向的情况下，测量偏差(fm)等于Z分量(fpZ)，在与Z轴定向的情况下等于定位偏差的Y分量(fpY)。在刀具的两个侧面利用与C-C轴相同方向进行磨削的前提条件下，顶边具有相同的偏移，而两个侧面A和B的刀尖距离具有相同的偏差(fmA＝fmB)。接触面的偏差(fa＝faL或者faR)还要叠加。它使一个侧面上产生正偏差，另一个侧面产生负偏差(图9)，但是不使顶边偏移。通过差值和平均值然后(像下面还要介绍的那样)分析接触偏差和定位偏差。
对于第二定位分量来说，刀具还要再次磨削。在这种情况下也可以更换到第二接触面上。虽然刀具必须两次磨削和测量，但却产生一种非常简单和有效的校准方法。
计值：
为校准砂轮位置测定偏差(f＝实际值-额定值)，利用它们使磨削轨迹基础上计算的额定值与实际值相适应(不是相反！)。
右侧挡块 (差值) faR＝(fsB-fsA)/2 用于右侧刀具
左侧挡块 (差值) faL＝(fsB-fsA)/2 用于左侧刀具
Z位置(平均值)fpZ＝(fsB+fsA)/2用于Y定向(端面)
Y位置(平均值)fpY＝(fsB+fsA)/2用于Z定向(圆柱体面)
依据本发明的方法
在依据本发明用于校准砂轮的方法中，棒状刀具10至少两次完全磨削。每次校准磨削包括两道精磨工序，这一点下面借助图10和11进行详细说明。
第一校准磨削(Y定向，图10)：
对于第一道精磨工序来说，将棒状刀具10端面与砂轮12这样设置，使A-A轴尽可能与Y轴平行并使夹紧装置21的接触面23与X轴完全平行。在第一道精磨工序中，不间断地磨削顶面K、过渡半径和第一侧面。
对于第二道精磨工序来说，将棒状刀具借助于夹紧装置21以180°环绕C-C轴旋转，并重复相同的磨削过程，从而现在重新磨削顶面K、另一过渡半径和第二侧面。
砂轮12在此方面沿边缘这样引导，使顶面K垂直，使两个侧面5、6相反处于与C-C轴的一个预先规定的角度下，最好20°下与C-C轴相对，而刀尖保持在与接触面23或者24所要检验的距离mA和mB上。
在依据本发明的方法中，在使用双重砂轮时出于结构原因C-C轴以小角度倾斜。在第一校准步骤中，与棱角的去除量偏差共同形成一种Y和Z分量之间的回授，它会造成一种(第二分量的5％和20％之间的)剩余误差。在较大偏差情况下，因此应利用可能的再校准进行控制磨削。通过两个侧面利用相同的轴设置磨削避免顶边的偏移。
在双重方法中，边缘优选地得到与生产刀具相同的棱角。顶面在每次完全磨削时被两次磨削，这在几何形状上不重要，但是工艺上是需要的。在第一道精磨工序时，必须磨掉顶端上会导致顶边形状误差的大余量。但在第二道精磨工序时消除了该误差。
第二校准磨削(Z定向，图11)：
在此方面完全同第一磨削一样移动，但将刀具设置在砂轮12的圆柱体面上，方法是将夹紧装置以90°环绕A-A轴回转，从而C-C轴现在与Z轴平行。从第一到第二校准磨削可以在右和左挡块之间更换。
计值按照开头已经描述的方式进行，方法是为校准砂轮位置测定偏差(f＝实际值-额定值)，利用它们使磨削轨迹基础上计算的额定值与实际值相适应，正如在现有技术中那样，其中，差值和平均值同样按照开头介绍的方式进行计算。
其他校准的可能性：
在砂轮位置准确校准之后，还可以检验砂轮的主要尺寸并在需要时配合：
圆周半径Rg：
对棒状刀具10进行第三次磨削，其中，C-C轴以侧面角度倾斜，从而侧面现在垂直。测量偏差形成一个第三圆点，从中可以通过程序计算出半径偏差。
与粗磨削面的距离Ps：
在另一道磨削工序中，仅粗磨第二侧面，而无棱角。第一侧面用于控制。计值再次通过程序进行。
Claims (11)
1.用于校准磨床的方法，通过磨削棒状刀具的至少两个侧面和一个顶面而对棒状刀具进行刃磨，包括以下步骤：
-通过与预先规定的几何形状相应地刃磨棒状刀具而制造校准刀具，
-测量校准刀具的几何形状，以及
-借助至少该测量结果校准磨床，
其特征在于，为制造校准刀具，棒状刀具至少两次分别在侧面和顶面上完全磨削；并且在磨床外部的测量装置上测量校准刀具的几何形状。
2.按权利要求1所述的方法，其中，每个校准磨削包括两道精磨工序。
3.按权利要求2所述的方法，其中，在两个校准磨削中，棒状刀具在两个轴向方向(Y、Z)上定向，这两个方向相互形成一个70°-90°且优选为90°的角度，以便测定磨床砂轮工作面与这两个定向相关的位置并且测定棒状刀具对于定位轴C-C的定向。
4.按权利要求3所述的方法，其中，在不间断的第一道精磨工序中，磨削顶面、到第一侧面的第一过渡半径和第一侧面；然后将棒状刀具环绕定位轴(C-C)转动180°；接着在第二道精磨工序中磨削顶面、到第二侧面的第二过渡半径和第二侧面。
5.按权利要求4所述的方法，其中，为第一校准磨削而将棒状刀具向砂轮的端面设置(图10)。
6.按权利要求5所述的方法，其中，为第二校准磨削而棒状刀具回转90°并向砂轮的圆柱体面设置(图11)。
7.按权利要求3-6之一所述的方法，其中，为测定磨床砂轮的圆周半径(Rg)，将棒状刀具的定位轴(C-C)以侧面角倾斜，并在第三校准磨削中分别在侧面和顶面上完全磨削棒状刀具。
8.按权利要求2或3所述的方法，其中，为通过另一步骤校准磨床，棒状刀具的两个侧面之一仅利用其位置待测定的砂轮的粗面磨削。
9.按权利要求1-8之一所述的方法，其中，为测量校准刀具的几何形状而使用绝对测量的测量装置。
10.按权利要求1-8之一所述的方法，其中，为测量校准刀具的几何形状而使用比较测量的测量装置，该装置将所测量的校准刀具的几何形状与校准样板的尺寸进行比较。
11.按权利要求1-7之一所述的方法，其中，在棒状刀具(10)分别完全磨削的步骤中，在与在磨床上刃磨棒状刀具的相同条件下进行磨削。
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